[发明专利]一种雪崩光电二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体光学器件技术领域，特别是一种雪崩光电二极管及其制备方法。

背景技术

随着社会和科技的发展进步，人工智能和智能家居已经成为社会发展的主流趋势。而这些技术的发展都离不开先进的各式各样的传感器。光电探测器，作为传感器的一个至为关键的单元，受到了研究人员的广泛关注。

雪崩二极管光电探测器(APD)具有高内部增益、高量子效率、高灵敏度等优点，是目前主流的光电探测器之一。然而，目前的APD中的倍增层大多是通过外延的方法获得的，其晶体质量还需要进一步提高(通常X-ray Rocking Curve的半峰宽大于150arcsec，要远远大于提拉法制备的50arcsec)，才能达到较为理想的倍增效果。为了改善APD的器件性能，在吸收层InGaAs与InP之间往往需要插入InP电荷控制层和InGaAsP过渡层。此外，为了获得较好质量的吸收层InGaAs，在InP衬底上还需要先生长一层较厚的InP缓冲层。

因此，为了获得高质量APD，简化APD的结构、提高吸收层InGaAs和倍增层的质量成为了研究人员努力方向。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、性能优异的雪崩光电二极管及其制备方法。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种雪崩光电二极管，其特征在于，包括：

由上至下依次排列的N型重掺杂层、倍增层单晶衬底、金属键合层、吸收层InGaAs单晶衬底、P型重掺杂InGaAs层。该雪崩光电二极管通过金属键合层将倍增层单晶衬底和吸收层InGaAs单晶衬底键合在一起，无需进行外延，简化了雪崩光电二极管的结构，极大地缩短了生产时间，有利于大幅度降低生产成本，同时金属键合层可以有效提高电荷的均匀分布，降低电子进入倍增层势垒，提高器件的性能。

进一步，所述倍增层单晶衬底和吸收层InGaAs单晶衬底都是通过提拉法或者区熔法制备的。通过提拉法或者区熔法制备倍增层单晶衬底和吸收层InGaAs单晶衬底可以有效增加二者的作用长度，提高器件的性能。

进一步，所述倍增层单晶衬底的材料为Si、InP或者InAlAs。

进一步，所述N型重掺杂层是通过对倍增层单晶衬底进行离子注入掺杂形成的。

进一步，所述P型重掺杂InGaAs层是通过对吸收层InGaAs单晶衬底进行离子注入掺杂形成的。

进一步，所述金属键合层的材料为AuZn或者AuSn合金。金属键合层可以有效提高电荷的均匀分布和降低电子进入倍增层势垒。

进一步，还包括蒸镀在N型重掺杂层的N型电极，和蒸镀在P型重掺杂InGaAs层的P型电极。

一种雪崩光电二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)通过提拉法或者区熔法制备倍增层单晶衬底和吸收层InGaAs单晶衬底；

(b)采用标准清洗工艺清洗干净倍增层单晶衬底和吸收层InGaAs单晶衬底，去除衬底表面粘污颗粒和表面有机物，并使用甩干机甩干；

(c)采用离子注入机在倍增层单晶衬底的背面，即非用于键合的面，均匀注入离子，获得N型重掺杂层；

(d)采用离子注入机在吸收层InGaAs单晶衬底的背面，即非用于键合的面，均匀注入离子，获得P型重掺杂InGaAs层；

(e)采用金属键合机将步骤c所制备的包含N型重掺杂层的倍增层单晶衬底，和步骤d所制备的包含P型重掺杂InGaAs层的吸收层InGaAs单晶衬底键合在一起；

(f)分别在P型重掺杂InGaAs层和N型重掺杂层蒸镀P型电极和N型电极；

(g)进行裂片和封装。

该雪崩光电二极管制备方法适用范围广，可适用于制备各种波段的雪崩光电二极管，工序简单，无需进行外延，在减少设备投入的同时，极大地缩短了生产时间，有望大幅度降低生产成本。

进一步，所述倍增层单晶衬底的材料为Si、InP或者InAlAs。

进一步，步骤e选用AuZn或者AuSn合金材料进行键合，形成金属键合层。金属键合层可以有效提高电荷的均匀分布和降低电子进入倍增层势垒。